1. Einführung

Aufgrund der breiten Anwendung von nicht-linearen Lasten, Oberverschmutzung ist eines der wichtigsten Anliegen für die Leistungssysteme. Obwohl große Fortschritte auf harmonische Minderung von Herstellern von nichtlinearen Geräten gemacht worden, Industrieanlagen und Versorgungsunternehmen, schweren harmonischen Fragen können noch in der elektrischen Energieversorgung vor allem, wenn sie krank Bedingungen geschehen entweder durch Versorgungsunternehmen oder von Endbenutzern in Industrieanlagen verursacht vorhanden sein.

Frequenzumrichtern (VFD) werden am häufigsten in Industrieanlagen verwendet. Charakteristisch Oberwellen durch IEEE std definiert. 519-1992 sind auf verschiedene Systemkonfigurationen auf der Basis von VFDs[1]. Außer einigen besonderen Lasten wie Lichtbogenöfen[1] und Eisenbahnbahnanlagen, die auch Oberwellen und andere nicht-charakteristischen Oberschwingungen in das System zu produzieren, die meisten Industrieanlagen mit Frequenzumrichtern nur charakteristische Oberwellen und einige kleine Menge von nicht-charakteristische Oberwellen, die in der Regel unter den von IEEE std vorgeschlagen und sogar triplen Obergrenzen. 519-1992. Deshalb, wenn eine große Menge von nichtcharakteristischen Oberwellen in einem Energiesystem vorhanden sind,, es in der Regel bedeutet, dass das System fehlerhaft ist, und dass Problembehandlung erforderlich ist, um die Ursachen des Problems zu ermitteln.

Nicht charakteristische Oberwellen werden in sucht[2-9]. Es wird erläutert[2] dass nicht-charakteristischen Oberschwingungen werden durch unsymmetrische Spannungsamplitude oder Phase nicht-Symmetrie verursacht. Die Amplitude der nichtcharakteristischen Oberwellen mit steigender Spannung Unsymmetrie erhöht.

Zwei Fälle werden in diesem Papier für zwei Industrieanlagen, die großen Anteil an nicht-charakteristischen Oberschwingungen untersucht. Der erste Fall ist für eine Bergbau-Stromversorgungssystem mit zwei Gleichrichtern 12 MW Nennleistung von jeweils mit einem Satz von Oberwellenfilter installiert. Umfangreiche Untersuchung wird für dieses System basierend auf beiden Messungen und Computersimulationsergebnisse durchgeführt. Der zweite Fall ist für eine Ölfeldverteilungssystem mit mehreren VFDs. Das Problem bei diesem System ist, dass Stromverläufe am Eingang des VFD ernsthaft verzerrt.

2. Eigenschaften und Noncharacteristic Harmonics der Gleichrichter

IEEE std. 519-1992[1] schlägt Oberschwingungsströme an einem Brückengleichrichter für einen idealen Zustand erzeugt. "Ideal" basiert auf der Annahme, dass Gleichstrom hat keine Welligkeit und der Gleichstrom wird von einer Phase zur anderen Zeitpunkt die Spannung auf der Eingangsphase die Spannung auf der Ausgangsphase übersteigt übertragen wurden[1]. Die Oberwellenstromkomponenten für Idealzustand werden durch die folgenden Gleichungen[1]:

wo,

h : harmonische Ordnung

k und m : eine positive ganze Zahl

q : Impulsanzahl der Gleichrichterschaltung

Ich_h: die Amplitude des Oberwellenstroms in der Ordnung h

Ich₁ : die Amplitude der Grundstrom

Für eine 6-Puls-Gleichrichter oder ein Frequenzumrichter (VFD), die charakteristischen Oberschwingungsströme sind 5, 7, 11, etc. Für VFDs mit Phasenmultiplikationstechnik, wie beispielsweise 12-Puls und 18-Puls-mildernden Eingangsober, einige Oberschwingungsströme abgebrochen verglichen werden, um 6-Puls-Laufwerke. Da die Staaten in IEEE Std 519-1992, wenn m Sechs-Puls-Gleichrichter Abschnitte [1]:

• Habe das gleiche Übersetzungsverhältnis
• Haben Transformatoren mit identischen Impedanzen
• Phasenverschoben sind genau 60 / m Grad voneinander
• Werden in genau der gleichen Verzögerungswinkel gesteuert, und
• Teilen Sie die Gleichstromlaststrom gleichmäßig

Tabelle 1. Spannung Klirrfaktor Grenzwerte basierend auf IEEE std. 519-1992

Tabelle 2. Stromverzerrung Grenzwerte basierend auf IEEE std. 519-1992

Dann ist die einzige harmonische die am Eingang der Festplatte wird in der Größenordnung von ± kq sein 1 wie in Gleichung (1). Zum Beispiel, charakteristische Oberwellen für 12-Puls-VFD-Systeme mit zwei Gleichrichter der Phase um 30 ° sind 11,13, 23, 25^th,... Für 18-Puls-VFD-Systeme mit drei Gleichrichtern Phase um 20 ° die niedrigste charakteristische Harmonische ist verschoben 17^th. Für 24-Puls-VFD-Systeme mit vier Gleichrichter in der Phase um erwähnten verschoben[1] Gleichrichter, dass keine zwei Abschnitte sind identisch in allen diesen Punkten. Deshalb, nichtcharakteristischen Harmonischen wird immer anwesend zu dem Grad, dass die oben genannten Anforderungen sind in der Praxis nicht eingehalten werden.

IEEE std. 519-1992 schlägt die empfohlenen Grenzwerte harmonische Verzerrung (Tabellen 1 und 2), die häufig von verschiedenen Branchen akzeptiert werden. Es ist in der Tabelle angegeben 2 auch, dass die Obertöne beschränkt 25% der ungeraden Obergrenzen in der Tabelle[1].

In einer 6-Puls-Gleichrichter oder Frequenzumrichter (VFD), die charakteristischen Oberschwingungsströme sind 5, 7, 11, etc. Für VFDs mit Phasenmultiplikationstechnik, wie beispielsweise 12-Puls

3. Fall 1: Selbst Oberwellen

Selbst Oberwellen sind in der Regel in sehr geringen Mengen vorhanden sind und nicht ein Problem für Stromversorgungssysteme unter normalen Betriebsbedingungen. Jedoch, große Menge von Oberwellen auch in einigen krank Bedingungen wie Fehlfunktionen erzeugt werden. Die Situation könnte verstärkt, wenn das System Oberwellenfilter, die eine gerade harmonische Resonanz zu erregen könnten.

Fallstudie 1 Adressen ein ernstes sogar harmonische Thema in einer großen Bergbau-Anlage, bestehend aus zwei 6-Puls-Gleichrichter bewertet 12MW bei jedem passiert. Die Systemkonfiguration ist in Fig. gezeigten. 1.

Abbildung 1. Systemkonfiguration für Case 1.

Große sogar Oberschwingungsströme wurden an wichtigen Standorten gen des Systems erkannt März 2004. Groß 3^rd harmonische aktuellen Mieten wurden auch gefunden. Solch hohe Oberwellen auch zu schweren Bedenken und eine Untersuchung wurde durchgeführt, um herauszufinden, die Ursache des Problems.

Aufgrund der großen Menge des 2, 3und 4harmonic Ströme wie in den Figuren. 8 und 9, die Stromverläufe in den beiden Gleichrichtern in den. 6 und 7 die typische Stromwellenform von 6-Puls-Gleichrichter nicht zeigen. Für Vergleichszwecke dominante Oberschwingungsströme bei Schlüsselmesspunkte sind in der Tabelle zusammengefasst 3. Dominant Oberschwingungsströme, gemessen an den beiden Gleichrichter im April 2002 sind ebenfalls in der gleichen Tabelle enthalten.

Tabelle 3. Gemessen harmonische Stromspektren März 2004 und April 2002 bei Key Standort der Anlage.

Tabelle 3 zeigt an, dass 16.8% und 34.3% 2nd harmonischen Ströme in Prozent der Grund wurden durch Gleichrichter erzeugten 1 und 2 März 2004, beziehungsweise. Die 4^th Oberschwingungsströme sind die zweitgrößte auch Oberwellen in der Menge des vorhandenen 8.1% und 6.9% der Grund für Gleichrichter 1 und 2. Die beiden Gleichrichter erzeugt auch große 3^rd Oberwellenströme in der Menge von 4.8% und 17.2% der Grund. Die 3^rd Oberschwingungsströme werden gesondert im nächsten Abschnitt für Case diskutiert werden 1.

Charakteristisch und nicht-charakteristische Oberschwingungsströme flossen vor den Gleichrichter. Sie ging zuerst durch CB6, die Hauptzufuhr der beiden Gleichrichter, zu anderen Teilen des Verteilungssystems thendistributed. Einige charakteristische Oberwellen wie die 5. Oberschwingungsströme bei den gemeinsamen Bus erfüllt, "Hauptgleichrichter-Bus", und die meisten von ihnen aufgrund der Phasenverschiebung der beiden Transformatoren aufgehoben. Wie in der Tabelle gezeigt, 3, die 5^th Oberwellenstrom 24.8% bei Gleichrichter 1 und 17.1% bei Gleichrichter 2, die meisten der 5^th Oberschwingungsströme auf der Gleichrichter wichtigsten Bus abgesagt, und die 5^th nur harmonischen Strom bleibt 1.8% bei CB6.

Wie pro die nichtcharakteristischen Harmonischen, die 2^nd Oberwellenstrom wird reduziert 12.2% der Grund bei CB6 von ursprünglich 16.8% und 34.3%, das reduziert wird,. Jedoch, die 4^th Oberwellenstrom auf 26.9% der Grund von ursprünglich 8.1% und 6.9%. Ähnlich, das verstärkte 4^th Oberschwingungsströme, 15.4% der Grund, wird auch an CB3 gefunden. Die Ursache für die Amplifikation der 4^th Oberwellenstrom in der elektrischen Netzaufwärtsschaltung durch Durchführen der harmonischen und der Resonanz Studie untersuchte.

Eine Resonanzanalyse zeigt, daß aufgrund der Verbindung der beiden Gruppen von Oberwellenfilter, die Spitzen Impedanz Punkte erstellt werden, bei der sich 4^th harmonischen Frequenz (240Hz für die 60Hz-System). Da die Gleichrichter erzeugt eine erhebliche Menge an geradzahligen Oberwellenströme, ernsthafte Resonanz und Verstärkung fand und führte zu großen 4^th Oberschwingungsströme in das System fließt,. Die Systemfrequenzverhalten bei der 10 kV "Rectifier Main Bus" sind in Abbildung gezeigt. 10. Der Frequenzgang-Kennlinie bei 10 kV "Main Bus" auf der Sekundärseite des Transformators verbunden 25MVA ist sehr ähnlich zu Figur 10.

Abbildung 10 zeigt aufgrund der Verbindung der 5^th, 7^th, 11^th, und 13^th einfach abgestimmten Oberwellenfilter ein paar, die die Spitzen Impedanz Punkte 240Hz liegt, 360Hz, 480Hz und 720Hz werden erstellt. Für eine 60 Hz-System, Diese Frequenzen entsprechen der 4^th, 6^th, 8^th und 12^th Harmonik. Peak-Impedanz-Punkte werden auch als Resonanzpunkte bekannt. Die 4^th und 6^th Oberschwingungsströme in Tabelle 3 deutlich erhöht bei CB6, dies ist das Ergebnis der harmonischen resonance.The 8^th und 12^th Oberschwingungsströme in Tabelle 3 nicht offensichtlich Verstärkung bei CB6 zeigen, weil die Induktivität der beiden 7MVA Transformatoren an den Gleichrichter Zweige Teil dieser höheren Ordnung, auch Oberschwingungsströme durch gehen, um die vorgelagerte System blockieren.

Der Oberschwingungsstrom-Spektrum bei einem der Gleichrichtern im April getroffen 2002 zeigt den Oberwellengehalt des Gleichrichtern unter normalen Betriebsbedingungen (Tabelle 3). Es wird festgestellt, dass nichtcharakteristischen Harmonischen einschließlich der 2., 3rd, 4th, 6th usw. waren sehr klein damals.

Die Analyse zeigt, dass die beiden Gleichrichter erzeugen große Menge an nicht-Eigenschaften Harmonischen. Thenon charakteristischen Oberschwingungsströme im 4., 6te harmonische Frequenzen werden durch eine Parallelresonanz in dem System verstärkt. Das ist der Grund, daß eine 26.9% 4^th Oberwellenstrom erkannt wurde ein T die 10 kV "Rectifier Main Bus", CB6. Es ist sehr wahrscheinlich, dass eine Fehlfunktion auf den Gleichrichter verursachte die nichtcharakteristischen Harmonischen Problem.

Nachfolgende Fehlersuche der Gleichrichter prüft, ob eine Fehlfunktion auf den Gleichrichter verursacht dieses Problem. Die Störung wurde behoben, die große Menge von nichtcharakteristischen Oberschwingungsströme aus dem System verschwand.

Abbildung 10. Frequenzgang bei 10 kV "Rectifier Main Bus".

4. Fall 1: Dritten Harmonischen

Große Mengen von 3^rd Oberschwingungen wurden auch in der Sache gefunden 1 während der Fehlfunktion der Gleichrichter März 2004 (Tabelle 3). Der schlimmste Fall war Rectifier 2 mit 17.2% von 3^rd Oberschwingungsströme. Die 3^rd Oberwellenstrom erschien auch in der vorgeschalteten bei CB 6 und CB 3.

Referenzen[8,9] liefern die Erklärung, dass unter den Bedingungen der Netzspannung Unwucht, triplen Oberwellen wie der 3. und 9. harmonischen Strom kann an den Wandler oder Gleichrichter erscheinen. Zwei Beispiele sind in vorgegebenen[9] mit anderen Netzspannung Unwucht Bedingungen mit einem 30kVA 460V VFD. Die 3^rd Oberschwingungsströme in Prozent der Grund sind 19.2% und 83.7% entsprechend 0.3% und 3.75% Netzspannung Unwucht, beziehungsweise. Für den Fall, dass es keine offensichtliche Leitungsspannung Unwucht, die 3^rd Oberwellenstrom 2.1% bei gleicher Antriebs[9].

Basierend auf dem gleichen Prinzip, die 3^rd an den Gleichrichter in der Bergbau-Anlage März gezeigt Oberschwingungsströme 2004 wurden auch von der Netzspannung Unwucht verursacht. Die drei Phase-zu-Phase-Spannungen bei CB 8 für Gleichrichter 2 wurden gemessen 6 Stunden mit einer Messstelle in jeder Minute am März 17 2004. Die Netzspannung Unwucht für jeden Messpunkt berechnet. Das Spannungsungleichgewicht Berechnungsverfahren basiert auf einer Gleichung beruhen[4]. Nach[4] die Spannung Unwucht in Prozent wird von der National Electrical Manufacturers Association definiert (NO)

in Standards Publica keine. MG 1-1993 folgendermaßen:

Beachten Sie, dass die Leitungsspannungen in diesem NEMA-Standard verwendet, im Gegensatz zu den Phasenspannungen. Beim Phasenspannungen verwendet werden,, der Phasenwinkel Unwucht nicht das reflektierte % Unwucht und damit Phasenspannungen werden nur selten verwendet werden, um Spannungsasymmetrie berechnen[4].

Die berechnete Netzspannung Unwucht während des 6 Stunde verlauf Messung ist in Figur gezeigt. 11. Abbildung. 11 zeigt, dass das Spannungsungleichgewicht bei Rectifier 2 für den Messzeitraum liegt zwischen 0.4% und 0.7% wobei die meisten der Werte, die zwischen 0.5% und 0.6%. Die berechneten Netzspannung Unwuchtwerte erklären, warum die 3^rd harmonischen Stromes so hoch wie 17.2% bei Gleichrichter 2.

Abbildung 11. Berechnet Netzspannung Unwucht bei CB8, Richtig 2 basierend auf gemessenen Drehstromleitung-zu-Netzspannungen für Case 1.

5. Fall 2: Triplen Harmonics

Fall 2 adressiert einen harmonischen triplen Thema in einem Ölfeld Verteilungssystem mit mehreren Frequenzumrichtern (VFD) in Betrieb. Die Stromwellenformen an den Eingängen der VFDs ernsthaft verzerrt. Eine Ursachenanalyse erforderlich war, um eine Lösung für dieses Problem zu finden.

Als erster Schritt zur Fehlerbehebung, Messungen wurden an dem Eingang jedes VFD genommen. Die gemessene Stromwellenform für eine der VFDs ist in Abbildung. 12. Andere haben ähnliche VFD Stromverläufe an ihren Eingängen. Es wird festgestellt, daß die beiden Höcker sind nicht in der gleichen Größenordnung für jeden Halbzyklus in der Stromwellenform.

Abbildung 12. Gemessenen Stromwellenform am Eingang des VFD 1.

Die entsprechende harmonische Stromspektrum für die gemessene Stromwellenform ist in Figur gezeigt. 13. Diese Stromoberwellenspektrum enthält 23% 3^rd Oberwellenstrom und 13% 9^th Oberwellenstrom in Prozent des Grund. Andererseits, auch Oberwellen sind klein und alle innerhalb 1.5%. Deshalb, Stromwellenverzerrungen durch Oberschwingungen nur triplen.

Abbildung 13. Harmonic aktuelle Spektrum am Eingang des VFD 1.

Ähnliche § 4, die Netzspannung 480V Unwucht für die Niederspannungs-System wird mit drei gemessenen Phase-zu-Phase-Spannungen für VFD1 berechnet. Die Messung Trend Zeitraum mehr als 5 Tag. Die berechnete Leitungsspannung Unwucht während der Messdauer ist in Abbildung. 14. Diese Zahl zeigt, dass die Netzspannung Unwuchtwerte liegen zwischen 0.2% und 0.9% wobei die meisten der Werte, die zwischen 0.3% und 0.6%. Mit solchen Netzspannung Unwucht von der Netzstromversorgung triplen Oberwellen an den Eingängen des VFD erzeugt und damit weitere schwere Stromwellenform Verzerrungen an den Antriebs Eingänge.

Deshalb, kann geschlossen werden, dass die Ursache der Hülle 2 ist das Spannungsungleichgewicht von der Netzstromversorgung.

Abbildung 14. Berechnet Netzspannung Unwucht am Eingang des VFD1 basierend auf gemessenen Drehstromleitung-zu-Netzspannungen für Case 2.

6. Schlussfolgerungen

Nicht charakteristischen Oberschwingungen inklusive und sogar triplen Oberschwingungen werden in dieser Arbeit untersucht. Zwei Fallstudien werden durchgeführt,.

Fall 1 Angebote mit geraden Harmonischen Erzeugung von Fehlfunktionen einer Industrieanlage verursacht. Selbst Oberwellen, insbesondere die 4. und 6. harmonischen Strömen signifikant durch Resonanz aufgrund der Anwesenheit des 5. und 7. einfach abgestimmte passive Oberschwingungsfilter in dem System verstärkt,. Fall 1 zeigt auch, dass die Ursache für einen hohen 3^rd Oberschwingungsströme (bis zu 17% an einem Gleichrichter), wird durch eine Versorgungsleitungsspannung Unwucht verursachten.

Oberschwingungsströme in % Grund

Fall 2 stellt eine ernsthafte Stromwellenform Verzerrung Thema in einem Ölfeld Verteilungssystem mit mehreren Frequenzumrichtern. Triplen Oberschwingungsströme am Eingang der VFDs gefunden, aber auch Oberschwingungsströme erscheinen normal zu sein. Alle Laufwerke im System zeigen ähnliche Situationen. Die berechnete Linie Spannungsungleichgewicht am Eingang eines VFD Bereich zwischen 0.2% und 0.9% basierend auf gemessenen drei Phase-zu-Phase-Spannungen. Es wird festgestellt, dass die Ursache des Case 2 Netzspannung ist Unwucht von der Netzstromversorgung.

Basierend auf Untersuchungen in dieser Studie, wenn eine signifikante Menge an nicht-charakteristischen Oberwellen in Industrieanlagen erscheinen, es zeigt an, dass etwas ernsthaft falsch im System. Eine detaillierte Ursachenanalyse und Fehlersuche sollten durchgeführt, um die Ursache des Problems zu identifizieren und zu beheben, bevor Geräte beschädigt oder Personal verletzt wird.